Универсальный УМЗЧ со стабилизацией режима

[asgladd]

Универсальный УМЗЧ со стабилизацией режима.

Схема усилителя представлена на рис.1 и 2.
Универсальным усилитель назван потому, что в выходном каскаде можно использовать любые мощные транзисторы (биполярные или полевые) без изменения схемы, причем глубокая ООС, действующая в нем, автоматически выводит каскад на режим супер-А ( с невыключаемым током выходных транзисторов) с параметрами 40 мА- ток минимума и 90 мА- ток покоя ( на каждый транзистор)- (смотри эпюры на рис.3) и поддерживает такой режим при любой температуре выходных транзисторов (нет термодатчиков!).В выходном каскаде применена схема вольтдобавки (на R19-R22,C6,C7,VD3, VD4), которая дает питание +/- 9 V усилителям обратной связи на VT15-VT32 и позволяет полностью использовать напряжение питания всего усилителя (даже для выхода на полевых транзисторах с напряжением затвор-исток более 4B).
Параметры выходного каскада : Кусил = 0,87, Rвх - более 700 кОм, Rвых = 0,17 Ома, полоса частот более 1 МГц, коэффициент гармоник 0,015 % - 0,03 % для 8 и 4-х Ом.
Добавляем к этому усилитель напряжения с усилением более 70 дБ, заводим общую обратную связь и получаем почти идеальный усилитель. Тестирование макета подтверждает получение неплохих параметров :
Коэффициент гармоник 0,01% / на частоте 20 кГц при номинальной мощности
На частотах ниже 5 кГц гармоники менее 0,001 %
Выходное сопротивление около 0,005 Ом (измерено до индуктивности L1).
Полоса усиления 5 Гц – 360 кГц/560 кГц (по уровню -3 дБ с входным фильтром и без )
Скорость нарастания выходного напряжения 50 В/мкС с входным фильтром на R3-C2.
Интересны и другие свойства усилителя :
Питание от нестабилизированного источника +/- 20 – 50 В.
Амплитуда выходного напряжения равна напряжению питания минус 2,5-3 В.
АЧХ не имеет выбросов, ограничение сигнала тоже без выбросов.
Выход защищен от короткого замыкания ограничением тока на уровне 10 А на каждый выходной транзистор.
Выходная мощность определяется фактически количеством параллельно включенных выходных транзисторов и мощностью блока питания. Например для блока питания
+/- 45 В-4А ( 40 В под нагрузкой) и двух транзисторах в плече (как на схеме) номинальная мощность не менее 90/140 Вт при 8/4 Ом нагрузки.
Универсальность схемы подтверждается ее абсолютной симметричностью (при включении питания отсутствуют щелчки) и возможностью использования усилителя в инвертирующем и неинвертирующем режиме и даже в режиме мощного ОУ без емкостей на входе и в цепи ОС ( при такой схеме входа и таких транзисторах с h21 более 500 входные токи усилителя менее 10 нА).
Усилитель стабильно работает даже при установке в цепях питания резисторов 5-10 Ом или при подключении к выходу емкости в несколько микрофарад (при полном сигнале)!!!
Универсальность схемы заключается и в том, что с её помощью может быть доработан почти любой имеющийся в наличии УМЗЧ (подходящей мощности и с любыми, даже не очень качественными, выходными транзисторами). Как говорится в известном фильме "легким движением руки брюки превращаются...". В нашем случае - это звучит так : "при наличии нескольких часов свободного времени на пайку схемы,(выделенной пунктиром), на монтажную плату размером 4х5 см (стоимость деталей – менее 250 руб) Ваш усилитель превращается ...
Во вложении представлены схемы в формате Микрокап-9 для желающих поэкспериментировать...При разработке печатной платы нужно учитывать, что "абсолютный ноль" на выходе устанавливается с помощью одного из резисторов R14 и R15, а ток покоя,при желании, может быть изменен с помощью резисторов R28 - R29.
Желающие сделать усилители с отрицательным выходным сопротивлением или с регулируемыми токами режима супер-А могут прочитать мою статью "Схемотехника УМЗЧ со стабилизацией режима" на сайте "Паяльник" http://cxem.net/sound/amps/amp225.php
Александр Гладкий

[Rova]

Просадки питания и выходное сопротивление БП - это АМ модуляция и все прелести в комплекте.

Да, но модуляция будет и амплитудная и фазовая, поскольку просадка будет нелинейна от сигнала и задержана через ФНЧ фильтра питания. То есть это вариант реактивной нелинейности. Плюс это создаст дополнительную тепловую модуляцию тоже с реактивностью определяемой ФНЧ теплопроводность-теплоемкость многих элементов.

[оператор]

Да, но модуляция будет и амплитудная и фазовая, поскольку просадка будет нелинейна от сигнала и задержана через ФНЧ фильтра питания. То есть это вариант реактивной нелинейности. Плюс это создаст дополнительную тепловую модуляцию тоже с реактивностью определяемой ФНЧ теплопроводность-теплоемкость многих элементов.

Согласен.
Любой конструктивный и компетентный диспут на темы усилителестроения всегда приходит, к уже неоднократно мной, озвученным требованиям.
В результате всегда получается:
- ИИП,
- МПП,
- СМД,
- Многотранзисторный ВК,
- А+A/В или XD,
- термостабилизация,
- ВЧ помехозащищенные технологии компоновки и топологии,
- глубокая общая ООС.
Все это касается только качественных проектов, задачи гармонизации и окраса это совсем другая история.

[Sergo_PnL]

ИИП какие именно? Не все-же подряд? Есть конкретные примеры? Чем обоснован выбор?

МПП - это многослойная печатная плата?

[оператор]

Выбор обоснован оценкой требований для питания такого изделия, как УНЧ.
Простыми словами, выбор обоснован - частотой преобразования, которая для ИБП лежит выше полосы рабочих частот усилителя.
Что позволяет получать низкое выходное, небольшую емкость конденсаторов, простоту и минимизацию монтажа.
В придачу экономия токов потребления, уменьшение веса, облегчение режимов запуска и тд.
А, платить за это конечно придется.
В первую очередь необходимостью кардинального перехода на помехозащищенные технологии.

[Rova]

- глубокая общая ООС.

Есть нюансы. Например, аддитивная ошибка узла сравнения без ослабления пройдет на выход. А реактивная составляющая ошибки является аддитивной.
То есть фазовые проблемы узла сравнения (тепловые, питания, варикапность) пройдут на выход без ослабления вне зависимости от глубины ОООС (легко понять если представить себе ААХ узла сравнения гуляющей влево-вправо).
По крайнем мере я так это вижу.

[wert]

Как измерить АМ модуляцию?

В стандартной ситуации для радиодиапазона измерить коэффициент амплитудной модуляции
можно достаточно просто.
Есть несущий сигнал постоянной частоты и есть модулирующий сигнал.
Отношение уровня модулирующего сигнала к уровню несущего сигнала и будет коэффициент модуляции.

Насколько просто в звуковом диапазоне для динамически изменяющихся несущих сигналов с частотами от 20 Гц до 20 кГц определить коэффициент модуляции, где модулирующим сигналом и влиянием на него будут все перечисленные Вами сигналы и факторы. Предложите способ измерения, возможно это действительно просто.

Я предложил свой способ определения такой паразитной амплитудной и фазовой модуляции сигнала в звуковом диапазоне (хотя метод годится для любой среды и любых сигналов), с частотным разложением и без частотного разложения.
Назвал это амплитудно-фазовыми искажениями, амплитудными, фазовыми искажениями, моделирую и измеряю в живье такие искажения.
Определил, что такие искажения могут быть как неизменными, статическими и их можно смело отнести к линейным искажениям.
Также амплитудно-фазовые искажения могут динамически изменяться от мощности воздействующего сигнала, неидеальности всех элементов усилительного тракта, активных и пассивных элементов, в том числе БП, несогласованности с нагрузкой, параметров динамических головок, тепловых нелинейностей и проч...
Такие динамические амплитудно-фазовые искажения усилителей очень похожи на стандартизированные искажения видеоусилителей в виде дифференциального усиления и дифференциальной фазы.
Мне сложно понять по какой причине морозятся теоретики на форуме, возможно многолетняя разработка концепции измерения искажений при полном игнорировании линейных искажений и их последствий на звук, дает такой дикий эффект неприятия и подкармливания местных "светил" с их призывами

забаньте навечно wert-а прибейте эту ветку в "Отстойник"

.

Но, таким способом я точно могу определить паразитную амплитудную и паразитную фазовую модуляцию любого усилителя как в модели так и реальные усилители и звуковые тракты в целом.
Рассматриваемый в теме усилитель в модели имеет амплитудную модуляцию сигнала в виде динамических амплитудных искажений на уровне 0,02%
динамические искажения фазы на уровне 0,002% на частоте 20 кГц.
Можно уменьшить динамические искажения модели УНЧ подбором режимов активных элементов, возможно небольшим изменением схемотехники усилителя.
Но это модель, в реальном усилителе сложно получить не значительные динамические искажения амплитуды и фазы, часто такая задача бывает неразрешима на практике для конкретных схемотехнических решений и практической реализации с ее граблями и недостатками.

[оператор]

Но это модель, в реальном усилителе сложно получить не значительные динамические искажения амплитуды и фазы, часто такая задача бывает неразрешима на практике для конкретных схемотехнических решений и практической реализации с ее граблями и недостатками.

Есть у меня твердая уверенность, что реальный уровень паразитных АМ и ФМ в модели, на порядки (или в разы) будет отличаться от физической реализации.
Поскольку, их появление, в основном обусловлено не схемотехникой, а реальными блоками питания, жгутами и платами.
Как НЧ помеха модулирует основной тон - слышно "невооруженным ухом", что скорее всего для АМ, это единицы процентов модуляции.
Как измерить реальный уровень АМ модуляции в НЧ усилителе, я не знаю.
В ВЧ для этого есть специальные приборы, не тот случай.
Можно, наверное косвенным образом по просадкам питания при мощном НЧ сигнале предположить уровень паразитной АМ для всего спектра в полосе усиления.

И как результат мы опять выходим на ИБП (импульсный блок питания) с запасом по мощности, поскольку у них с просадками и пульсациями, как правило без вариантов.

[Teoretic]

возможно многолетняя разработка концепции измерения искажений при полном игнорировании линейных искажений и их последствий на звук, дает такой эффект

Я вам уже говорил, ваша ошибка именно в смешивании линейных и нелинейных искажений.
Возьмите измерительный микрофон и измерьте ваши "амплитудно-фазовые" искажения на любом динамике. (Вы получите величины в тысячи-сотни тысяч раз большие, чем для усилителей.) Ну и сделайте выводы как о месте приложения усилий по уменьшению таких искажений, так и о степени их заметности (в общем-то, нормальные динамики слушают и наслаждаются...).

[wert]

ваша ошибка именно в смешивании линейных и нелинейных искажений.

Странный вывод.
Метод позволяет на одном графике увидеть линейные искажения и нелинейные искажения.
Линейные искажения это амплитудно-фазовые искажения компонент сигнала, в усиленном сигнале это искажения первых гармоник (на частоте первых гармоник искажения в%, отклонение амплитуды и фазы сигнала от идеального коэффициента передачи).
Все остальные новые гармоники в усиленном сигнале это нелинейные искажения.
Внес некоторые изменения в модель рассматриваемого усилителя с целью получить максимальную устойчивость при минимальных НИ и убрал емкости в цепи сигнала для простоты моделирования.
Результат по искажениям на рисунке.
Амплитудно-фазовые (линейные) искажения возрастают с ростом частоты сигнала (средний график).
Справа тот же график в увеличенном масштабе - нелинейные искажения, кратные гармоники частотам входного сигнала и интермодуляция.
По изменению линейных искажений (графики в %) определяем динамические искажения (пример выше показывал).
Амплитудно-фазовые (линейные) искажения усилителя можно уменьшить применив активные элементы с меньшими емкостями переходов, это самое простое действие, также можно не значительно изменить схемотехнику УН, амплитудно-фазовые искажения резко снизятся.

---------- Сообщение добавлено 08:26 ---------- Предыдущее сообщение было 07:22 ----------

Возьмите измерительный микрофон и измерьте ваши "амплитудно-фазовые" искажения на любом динамике. (Вы получите величины в тысячи-сотни тысяч раз большие, чем для усилителей.) Ну и сделайте выводы как о месте приложения усилий по уменьшению таких искажений

На площадке прослушивания скорее важен не уровень линейных искажений, а наличие нулей и уровень пучностей (стоячие волны), взаимодействие прямых и отраженных волн. Наличие и уровень нелинейных и динамических искажений в звуковой волне архи важны.
Для измерения выше названного и создавался метод. Методика измерения проста, позже покажу натурные измерения.

[bukvarev]

Линейные искажения это амплитудно-фазовые искажения компонент сигнала, в усиленном сигнале это искажения первых гармоник

Нелинейные искажения, как и линейные, тоже изменяют уровень первой гармоники (или в общем виде, уровень компонентов исходного сигнала). Особенно, если сигнал сложный. Но в этом случае работает механизм сложения не задержанных копий сигнала, а продуктов искажений.

На площадке прослушивания скорее важен не уровень линейных искажений, а наличие нулей и уровень пучностей (стоячие волны), взаимодействие прямых и отраженных волн.

Взаимодействие волн - это как раз и есть линейные искажения.

[wert]

Взаимодействие волн - это как раз и есть линейные искажения.

Возможно более корректно в этом случае говорить о перераспределении мощности сигнала в пространстве.
Бегущая волна на площадке прослушивания в идеальном случае,
все переотраженки формируют микростоячие волны, реверберации, эхо до гула,
до полной стоячей волны в случае полного рассогласования или полного отражения.
Звукорежиссеры с этими эффектами зала, сцены, плошадки работают каждый день, это своя наука, но наука без измерений это наитие или вера.
Возможно чем и сможем помочь звукорежиссуре.
Но начать нужно с усилительного тракта, затем и к звуковой волне переходить.

[hippo64]

Но начать нужно с усилительного тракта, затем и к звуковой волне переходить.

Я вас умоляю, перемещение акустики на полметра дает эффект никакому усилителю с темброблоком и не снилось.

[bukvarev]

Offтопик:
Будете смеяться, но эхо, реверберация и гул - тоже линейные искажения
Ладно, офф завязал.

[wert]

Offтопик:

Будете смеяться, но эхо, реверберация и гул - тоже линейные искажения

Совершенно верно.
Если Вы измеряли когда КБВ или КСВ антенно-волноводных трактов, то наверняка пользовались не автоматизированными приборами а древними "гитарами".
Где коэффициенты рассчитывались из соотношений максимумов и минимумов мощности волны на ее периоде,
собственно по амплитуде и фазе.
Но, как то привычнее говорить о КБВ или КСВ подразумевая согласованность и потери мощности в среде распространения, чем говорить о линейных искажениях волны.

[оператор]

Но начать нужно с усилительного тракта, затем и к звуковой волне переходить.

Вы найдете ту, черную кошку - которую тут все ищут если сумеете обнаружить:
- Степень согласования УНЧ-АС,
- Обратное взаимодействие АС на усилитель,
- Влияние нелинейности нагрузки на усилитель.

Главное - нужно будет выделить, именно влияние схемотехники на комнатные измерения.
Это работа на миллион долларов.

---------- Сообщение добавлено 13:08 ---------- Предыдущее сообщение было 13:06 ----------

Я вас умоляю, перемещение акустики на полметра дает эффект никакому усилителю с темброблоком и не снилось.

Вы просто двигаете таким образом моду, а перепад может быть до 6 дБ - это элементарно.

[hippo64]

это элементарно.

Кто ж спорит.

[оператор]

Будете смеяться, но эхо, реверберация и гул - тоже линейные искажения

Будете смеяться, но все это, в значительной мере зависит от степени согласования. Даже визуально по ходу динамика видно, а слышно тем более.

[bukvarev]

Offтопик:

Будете смеяться, но все это, в значительной мере зависит от степени согласования. Даже визуально по ходу динамика видно, а слышно тем более.

И? Вывод-то какой?

[Игорь Гапонов]

Offтопик:

Совершенно верно.
Если Вы измеряли когда КБВ или КСВ антенно-волноводных трактов, то наверняка пользовались не автоматизированными приборами а древними "гитарами".
Где коэффициенты рассчитывались из соотношений максимумов и минимумов мощности волны на ее периоде,
собственно по амплитуде и фазе.
Но, как то привычнее говорить о КБВ или КСВ подразумевая согласованность и потери мощности в среде распространения, чем говорить о линейных искажениях волны.

Offтопик:
(не отстану от других) Вы будете смеяться, но КСВ или КБВ не зависит от амплитуды воздействия (тест сигнала) именно тогда, когда в приборе-измерителе нет нелинейных искажений Пример НИ при "измерении КСВ комнаты" : при большой амплитуде на какой-то частоте появляется дребезг фужеров в серванте

"Согласование" - параметр/критерий чисто линейный (между прочим, для оператора). То что, НИ от него зависят говорит лишь о том, что энергия воздействия на объект меняется, т.к. зависит от согласования.

[Ясен Пень]

Offтопик:

Но, таким способом я точно могу определить паразитную амплитудную и паразитную фазовую модуляцию любого усилителя как в модели так и реальные усилители и звуковые тракты в целом.

Сергей, вы ведь уже давно ничего сами не проектируете и не паяете в железе... Если бы паяли, не писали бы здесь многих... мм, как бы это помягче сказать... нелепых вещей...